Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1 Краткая история микробиологических исследований вод северных морей 10
1.2 Бактериоперифитон в морских экосистемах 22
1.2.1 Исторический очерк исследований бактериоперифитона 23
1.2.2 Адгезия микроорганизмов к поверхности субстратов и образование биопленок 26
1.2.3 Структура и функционирование сообществ бактерий перифитона 29
1.2.4 Состав сообщества морского бактериоперифитона 31
1.2.5 Экологическая роль перифитонных микроорганизмов 33
1.3 Цианобактерии полярных водных экосистем 34
1.3.1 Общая характеристика 35
1.3.2 Вопросы таксономии цианобактерий 37
1.3.3 Распространение цианобактерий в полярных водных экосистемах 39
ГЛАВА 2. Материалы и методы
2.1 Общая характеристика Кольского залива и районов исследования 46
2.2 Отбор проб и их подготовка к анализу
2.2.1 Отбор проб воды для гидрохимического и микробиологического исследований 54
2.2.2 Разработка методики количественного учета микроорганизмов эпили-тона 54
2.2.3 Отбор проб эпилитона для микробиологического исследования 58
2.2.4 Отбор проб перифитона для определения видового состава цианобак-терий
2.3 Методы гидролого-гидрохимических исследований 60
2.4 Определение общей численности бактерий (ОЧБ) планктона и эпилито-на 62
2.5 Определение общей численности культивируемых бактерий (ОЧКБ) планктона и эпилитона 63
2.6 Определение качества воды 63
2.7 Определение общей численности (ОЧЦБ) и биомассы (БЦБ) цианобак-терий планктона и эпилитона 65
2.8 Определение видового состава цианобактерий перифитона 66
2.9 Анализ биологического разнообразия цианобактерий перифитона и определение сапробности вод 67
2.10 Статистическая обработка результатов 70
ГЛАВА 3. Результаты и их обсуждение 71
3.1 Гидролого-гидрохимические исследования прибрежной зоны южного и среднего колен Кольского залива 71
3.2 Общая численность бактерий планктона и эпилитона литорали Кольского залива 84
3.3 Общая численность культивируемых гетеротрофных бактерий планктона и эпилитона Кольского залива 89
3.4 Определение качества воды Кольского залива 92
3.5 Общая численность и биомасса пикоцианобактерий планктона Кольского залива
3.6 Общая численность и биомасса цианобактерий эпилитона литорали Кольского залива 99
3.7 Влияние абиотических факторов на количественные характеристики бактериоценозов литорали Кольского залива 103
3.8 Общая характеристика биоразнообразия цианобактерий перифитона ли
торали южного и среднего колен Кольского залива 105
3.8.1 Таксономический состав цианобактерий перифитона литорали Кольского залива 105
3.8.2 Анализ сходства и разнообразия сообществ цианобактерий перифито-на литорали Кольского залива 110
3.8.3 Эколого-ценотический анализ видового состава цианобактерий пери-фитона литорали Кольского залива 114
Заключение 120
Выводы 124
Список сокращений и условных обозначений 128
Список литературы .
- Адгезия микроорганизмов к поверхности субстратов и образование биопленок
- Отбор проб воды для гидрохимического и микробиологического исследований
- Общая численность бактерий планктона и эпилитона литорали Кольского залива
- Общая численность и биомасса пикоцианобактерий планктона Кольского залива
Введение к работе
Актуальность проблемы. Кольский залив Баренцева моря – это незамерзающий рыбохозяйственный водоем эстуарного типа, функционирующий в условиях сурового полярного климата и сильного антропогенного пресса. В познании закономерностей явлений, протекающих в водных экосистемах, большую значимость приобретают исследования литоральной зоны, где происходят интенсивные процессы превращения веществ, непосредственное участие в которых принимает перифитон (Александров, 2001; Глущенко, 2010). Перифитон (обрастание, биопленки) – сообщество организмов, развивающееся на плотном субстрате в море за пределами придонного слоя воды (Константинов, 1986). К перифитону относится эпилитон, где в качестве субстрата выступают камни, валуны и скалы (Протасов, 2010). Авто-трофные и гетеротрофные микроорганизмы, обитающие в перифитоне морской литорали, играют исключительно важную роль в круговороте вещества и энергии в водоемах, они участвуют в продукции и минерализации органических веществ (ОВ) и способствуют самоочищению водной среды.
Важным, но недостаточно изученным вопросом в экологии морских микроорганизмов, является пространственно-временная динамика количественных параметров сообществ бактерий и цианобактерий перифитона естественных субстратов на литорали, их отклик на гидролого-гидрохимический режим водного объекта и антропогенное воздействие. В экосистемах, подверженных антропогенной нагрузке, таких как Кольский залив, прослеживаются изменения качественного и количественного состава микроценозов. Такие изменения были описаны ранее для бактериопланктона, -бентоса и -эпифитона Баренцева моря (Мишустина, 1997; Теплинская, 1990; Москвина, 1991; Байтаз, 1998; Богданова, 2003; Макаревич, 2004; Перетрухина, 2006; Широколобова, 2009; Перетрухина, 2010; Литвинова, 2013), а также для фитопланктона и фитобентоса его губ и заливов (Кузнецов, 2003; Вит-ченко, 2005; Макаревич, 2010; Кольский залив …, 2009; Олейник, 2011). Но работы по изучению бактериоэпилитона, а также цианобактерий литорали Кольского залива ранее не проводились. Полученные в данной работе сведения о количественном составе и структуре сообществ бактерий и цианобактерий обрастания литорали Кольского залива помогут в понимании закономерностей формирования и функционирования прибрежных бактериоценозов полярных морей.
Цель и задачи. Цель работы – исследование качественных и количественных параметров бактериоценозов эпилитона и планктона литорали Кольского залива Баренцева моря и их зависимость от биотических и абиотических факторов внешней среды.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
-
Дать гидролого-гидрохимическую характеристику акваториям станций.
-
Изучить сезонную изменчивость общей численности планктонных и эпи-литонных бактерий по прямому счету и по посеву.
-
Изучить сезонную динамику численности и биомассы пикоцианобактерий планктона и цианобактерий эпилитона.
-
Определить видовой состав цианобактерий перифитона и провести его анализ.
-
Выявить связи микробиологических показателей с гидролого-гидрохимическими параметрами и уровнем загрязнения акватории.
Научная новизна. Впервые получены количественные показатели эпилитон-ных сообществ бактерий и цианобактерий литорали Кольского залива Баренцева моря на станциях, различающихся степенью антропогенной нагрузки и гидролого-гидрохимическими параметрами. Установлено, что изменения состава и численности бактериоценозов залива в весенний и летний сезоны года вызваны миграцией части бактерий из эпилитона в планктон и перестройкой размерной структуры сообщества эпилитонных цианобактерий. Впервые показано постоянное присутствие в водах Кольского залива пикоцианобактерий, а также изучена годовая динамика их численности и биомассы. Впервые определен видовой состав цианобактерий перифитона, обитающих на естественных и антропогенных субстратах на всех горизонтах литорали Кольского залива, а также составлен их список с описанием таксонов. Эти данные существенно дополняют имеющиеся сведения о биологическом разнообразии микробных ценозов Кольского залива Баренцева моря.
Теоретическая и практическая значимость. Разработанная методика отбора проб эпилитона для микробиологических исследований, позволяющая проводить наиболее полный количественный учет бактерий эпилитона, и представленные в работе данные могут быть использованы при проведении экологического мониторинга морских экосистем, в морских инженерно-экологических изысканиях, для оценки потенциального вклада микроорганизмов в процессы естественного очищения вод Кольского залива. Основные результаты выполненных исследований и использованные в работе методы внедрены в учебный процесс на кафедре микробиологии и биохимии МГТУ, что подтверждено восемью актами о внедрении научных результатов в учебный процесс кафедры.
Личный вклад соискателя. Автор сформулировал и обосновал тему исследования, поставил цели и задачи работы, самостоятельно проводил отбор и обработку проб, выбор и отработку методов исследования, полученные результаты обобщены и представлены в виде оформленной работы.
Апробация работы. Результаты исследований, проводимых с 2010 по 2014 гг. в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры «Микробиология и биохимия» МГТУ и утвержденного тематического плана НИОКР по выполнению государственного задания Росрыболовства, представлены в отчетах о НИР в ВНТИЦ (г. Москва). Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 17 научных конференциях, в том числе 10 международных (Мурманск, МГТУ, 2010–2014; Мурманск, МГГУ, 2012; Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012; Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова 2013; Мурманск, МГТУ, 2014; Мурманск, МГТУ, 2015) и 7 всероссийских (Мурманск, ММБИ, 2011, 2014; Мурманск, МГТУ, 2012; Мурманск, МГТУ, 2014; Мурманск, МГТУ, 2015; Севастополь, ИМБИ РАН, 2015; Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 работ, из них 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, указателя сокращений и обозначений, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 24 таблицы, 3 приложения. Список литературы содержит 374 источника, в том числе 167 на иностранных языках.
Адгезия микроорганизмов к поверхности субстратов и образование биопленок
В эти же годы количественные микробиологические исследования были дополнены работами Боковой Е.Н. (1937) в Баренцевом, Гренландском и Карском морях. Она установила, что численность бактерий в морях восточного сектора Арктики значительно выше, чем в морях западного сектора, и объяснила этот факт мелководностью восточных районов. По ее данным, общая численность бак-териопланктона в исследуемых районах Баренцева моря составляет 100 – 7000 кл/мл воды (Бокова, 1937; Теплинская, 1990).
Е.Л. Лимберг (1941) в конце 30-х годов исследовала прибрежную зону Баренцева моря (губы Дальнезеленецкая и Ярнышная). Используя метод прямого счета, она установила, что количество бактерий в воде изменяется в течение года с максимумами в осенние и весенние месяцы. Такой характер сезонных изменений количества бактерий автор объясняет весенним таянием снегов, осенними дождями и поступлением органического вещества при разложении отмирающих организмов. Вертикальное распределение и сезонная динамика численности сапрофитных бактерий и общего бактериопланктона были идентичны. Е.Л. Лимберг также установила, что в губах Дальнезеленецкой и Ярнышной общее количество бактерий составляет 3 – 15 тысяч клеток в 1 мл воды (Лимберг, 1941).
В 40-е года XX века начинаются микробиологические исследования в поселке Дальние Зеленцы на базе Мурманской биологической станции (в настоящее время – Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН). Е.Л. Лимберг исследовала микроорганизмы, принимающие участие в геохимических циклах углерода, азота, серы в морской воде и грунте, и ею были получены первые количественные показатели, касающиеся распределения бактерий в воде и грунте губ и заливов Восточного Мурмана (Рубан, 1955, 1961).
Так, в донных отложениях прибрежной зоны Баренцева моря было обнаружено до 200 млн. бактериальных клеток в 1 г сухого грунта, относящихся к группам сульфатредуцирующих, нитрифицирующих, аммонифицирующих бактерий и азотфиксаторов. Выполненные исследования и анализ полученных данных показали, что в грунтах литорали Баренцева моря количество бактерий убывает от поверхности в глубину (Рубан, 1961). Однако и на глубине 5 – 7 см имелись сезон-12
ные изменения в количестве бактерий всех групп, указывающие на отсутствие консервации активности бактерий на этой глубине и на их участие в процессах превращения веществ (Никитина, 1955; Рубан, 1955 а; Никитина, 1958; Рубан, 1961).
В 50-е – 60-е годы исследования общего бактериопланктона не проводились, и все усилия микробиологов были направлены на изучение микробиоты ба-ренцевоморской литорали (Никитина, 1955, Рубан, 1955; Никитина, 1958; Рубан, 1961). Наиболее богатой бактериями оказалась верхняя часть сублиторали, наименее – каменистая литораль (Лимберг, 1941; Рубан, 1961;Теплинская, 1990).
В эти же годы исследовались сапрофитные микроорганизмы Норвежского (Крисс, 1976) и Гренландского (Крисс, 1959; Мишустина, Мицкевич, 1963) морей. А.Е. Крисс и его сотрудники (Институт микробиологии АН СССР) рассчитали биомассу и продукцию бактерий в открытых районах океана, исследовали микробное население воды в районе Северного полюса. Большое количество сапрофитных микроорганизмов, растущих на богатой питательной среде при 25 – 27 С, было обнаружено в 65% проб воды Норвежского и Гренландского морей. Их число составляло единицы-сотни клеток в 40 мл воды, как и в субтропических районах Северной Атлантики (Крисс, 1959, Мишустина, Мицкевич, 1963; Крисс, 1976).
При изучении гетеротрофных бактерий грунтов Норвежского и Гренландского морей в его северной части под глубинами водной толщи от 200 до 3300 м исследователи обнаружили от 100 до 1000 клеток в 1 г сырого ила. Начиная с 85 до 186 см вниз по профилю грунта, жизнеспособные клетки гетеротрофных бактерий отсутствовали (Крисс, 1959, Мишустина, Мицкевич, 1963; Крисс, 1976).
К концу 70-х – началу 80-х годов исследователи бактериального населения северных морей уже не ограничивались определением количественных показателей бактериопланктона. Появились сведения о продукционных характеристиках водных бактерий: биомассе, времени генерации, суточной продукции (Bliznichenko et al., 1976; Мишустина, 1976; Россова, 1977; Пилипас, 1977; Мишу-стина, 1981; Дударенко 1982, Dahlback et al., 1982; Мишустина, Батурина, 1984; Байтаз, Байтаз, 1987). В юго-западной части Баренцева моря, по данным Э.Я. Рос-совой, средняя численность бактериопланктона в слое 0 – 200 м в течение года составляла 21 – 435 тыс. кл/мл, что соответствовало биомассе 15 – 315 мг/м3. Численность бактерий нарастала к северу от исследуемой акватории и достигала максимальных значений в водах Медвежинского мелководья, а минимальные ее значения были отмечены в водах Нордкапского течения. Вертикальное распределение как численности, так и биомассы бактериопланктона было достаточно равномерным (Россова, 1977).
Разными исследователями в начале 1980-х годов было показано, что в юго-восточной части Баренцева моря в зимний период (Мишустина, Батурина, 1984), в восточном (Дударенко, 1982) и северном районах моря (Dahlback et al., 1982) летом количество бактериальных клеток варьировало от десятков до сотен тысяч кл/мл. Численность сапрофитных бактерий, растущих на плотных питательных средах при 20 С составила единицы – десятки клеток в 1 мл (Пилипас, 1977; Мишустина, Батурина, 1984; Мишустина, 1997).
Исследования сезонной динамики бактериопланктона в поверхностных водах прибрежной зоны Баренцева моря (Ура-губа) в 1975 г. показали, что численность бактерий колебалась от 198 до 1160 тыс. кл/мл, а биомасса – 143 – 842 мг/м3 (Россова, 1977). Время генерации бактерий составляло в среднем 210 часов, при этом наиболее интенсивным размножение бактерий было в конце зимы и осенью. В весенне-летний период темпы размножения бактериопланктона заметно снизились – до 316 часов, что, по мнению Россовой, было связано с бактерицидным действием продуктов обмена водорослей, находящихся в фазе активного фотосинтеза.
Отбор проб воды для гидрохимического и микробиологического исследований
Температуру воды определяли непосредственно на станциях одновременно с отбором проб калиброванным ртутным термометром с ценой деления 0,1С. Термометр устанавливали в специальном прикрепленном стакане на выбранной глубине (не менее 20 см), выдерживали 5–10 мин, после чего термометр поднимали и, не вынимая его из стакана, сразу же определяли температуру. Соленость воды измеряли в лаборатории рефрактометром марки S/Mill-E ATAGO (Япония). pH воды определяли с помощью лабораторного иономера РН-150М со стеклянным электродом.
Гидрохимические анализы воды исследуемого объекта проводили на кафедре микробиологии и биохимии МГТУ в соответствии с руководящими докумен-60 тами «Руководство по химическому анализу морских вод» (РД 52.10.243 – 92) и «Биохимическое потребление кислорода в водах. Методика выполнения измерения скляночным методом» (РД 52.24.420 – 2006).
Содержание нитритов, нитратов, ионов аммония и фосфатов определяли фотоколориметрическим методом в соответствии с РД 52.10.243 – 92 с помощью фотометра фотоэлектрического КФК-3-01.
Определение кислорода в воде проводили йодометрическим методом Винк-лера в соответствии с РД 52.24.419 – 2005, РД 52.24.420 – 2006. Биохимическое потребление кислорода (БПК5) определяли по разности между содержанием кислорода до и после инкубации склянок в течение 5 суток без доступа кислорода и света при стандартных условиях. Определение степени насыщения растворенным кислородом пробы воды X, %, вычисляли по формуле: н где – найденная средняя концентрация кислорода, мгO2/дм3; Сн – нормальная концентрация кислорода с учетом реального давления и минерализации пробы, мгO2/дм3. Для расчета нормальной концентрации кислорода в соответствии с реальным атмосферным давлением и минерализацией использовали специальные таблицы (Океанографические таблицы, 1975). Расчет равновесной концентрации Сн при реальном давлении проводили по формуле где н – равновесная концентрация с учетом минерализации и температуры, мг/дм3; P – реальное атмосферное давление, мм рт.ст., 746 – среднее атмосферное давление для Мурманской области (Мурманское УГМС, http://www.kolgimet.ru). 2.4 Определение общей численности бактерий (ОЧБ) планктона и эпилитона
Учет ОЧБ планктона и эпилитона проводили методом люминесцентной микроскопии (Практикум по микробиологии, 2005; Практическая гидробиология, 2006). Для «гашения» собственной флюоресценции белых мембранных фильтров их помещали в перенасыщенный спиртовой раствор судана черного не менее, чем на 12 часов. Затем отмывали фильтры от судана, проводя их троекратно через спирт. Затем фильтры высушивали на белой плотной не волокнистой бумаге и хранили на фильтровальной бумаге при комнатной температуре.
Пробы воды и суспензии эпилитона предварительно встряхивали в течение одной минуты, затем давали отстояться в течение 5 минут для оседания крупной взвеси и помещали 2 мл воды или 0,2 мл суспензии эпилитона в чисто вымытые и обезжиренные пробирки, предварительно промытые безбактериальной водой – водой, профильтрованной через мембранный фильтр с диаметром пор 0,2 – 0,3 мкм. Фильтровальную воронку также ополаскивали безбактериальной водой.
Если пробы были отобраны в предположительно загрязненной акватории с высоким содержанием взвешенных веществ, которые затрудняют проведение количественного люминесцентного анализа, то для просветления пробы добавляли 0,02 мл 5н H2SO4 к 2 мл пробы, быстро перемешивали и сразу продолжали анализ.
К 0,2 мл суспензии эпилитона в пробирке добавляли 1,8 мл стерильной фильтрованной морской воды. Затем к пробе воды или суспенции эпилитона приливали 0,5 мл водного раствора акридинового оранжевого (1 : 1000). После инкубации в течение 5 минут пробу фильтровали через окрашенные суданом черным нитроцеллюлозные фильтры Synpor (Чехия) диаметром 25 мм с размером пор 0,3 мкм или поликарбонатные фильтры производства ОИЯИ (г. Дубна, Россия) диаметром 25 мм и размером пор 0,23 мкм. После этого фильтры подсушивали на воздухе. Затем на поверхность предметного стекла наносили каплю нефлуоресци-рующего масла, помещали на нее мембранный фильтр, на который также наносили каплю масла и накрывали его покровным стеклом.
Общая численность бактерий планктона и эпилитона литорали Кольского залива
Увеличение индекса КР планктона и эпилитона на всех станциях было отмечено в весенний и летний сезоны, когда, по-видимому, развитию бактериоценозов способствовал ряд факторов: увеличение температуры окружающей среды, накопление биогенных веществ в водах станций (Богданова, 2003, 2011) и автохтонного органического вещества от активно метаболизирующего фитоцена морской литорали и прибрежья (Кузнецов, 2003; Витченко, 2005; Макаревич, 2008; Олейник, 2011), а также аллохтонного ОВ из сточных вод.
В отличие от станций в южном колене, на станции 3 среднего колена залива рост значений коэффициента Разумова для бактериоэпилитона до максимальных наблюдали в ранневесенний период, по-видимому, после активизации продукции ОВ большим количеством макрофитов на литорали данной станции в феврале (Кузнецов, 2003). Увеличение коэффициента для бактериоэпилитона станции 3 также отмечено летом и в конце осени. Небольшое увеличение КР для бактерио-эпилитона всех станций было в зимний период, что, вероятно, связано с оседанием органического вещества из взмученной после штормов (Терещенко, 1999; 2000) воды на поверхности субстратов. Перечисленные факторы способствуют снижению трофности вод южного колена залива в весенне-летний период и сред- него колена в ранне-весенний и летний периоды. Наименьшие значения КР, и, соответственно, наибольшая трофность вод всех станций, отмечена в осенние периоды и, вероятно, связана с большим количеством мортмассы, образующейся в акватории залива на фоне постоянного антропогенного загрязенения.
После анализа полученных данных можно сделать вывод о том, что результат гидробиологической оценки качества вод по микробиологическим параметрам зависит не только от антропогенного воздействия на экосистемы, но и природных сезонных факторов. Так, бактериальная компонента планктона увеличивает свой вклад в процессы естественного очищения воды в весенний и летний сезоны, когда создается благоприятный температурный режим. В начале осени участие бактерий в минерализации ОВ снижается из-за выедания их зоопланктоном и личинками рыб (Кольский залив …, 1997), и зимой – во время общего снижения активности биоты залива.
Впервые было установлено постоянное присутствие в водах Кольского залива пикоцианобактерий. Среднегодовые значения численности (табл. 11, табл. Б-6) которых на один-три порядка ниже значений, приводимых для умеренных и тропических районов Мирового Океана – от 1 – 4 тыс. кл/мл до 450 – 670 тыс. кл/мл (Waterbury et al., 1979; Zubkov et al., 2000; Saito et al., 2005; Fuller et al., 2006; Zwirglmaier et al., 2007; Ecology of cyanobacteria II, 2012), и на один-два порядка выше таковых, известных для открытых вод Баренцева, Северного, Гренландского, Норвежского, Чукотского морей и моря Бофорта - от 0 до 1600 кл/мл (Мишустина, 1994; Gradinger and Lenz, 1995; Waleron, 2007; Cottrell, 2009).
Выявленная численность пикоцианобактерий Кольского залива находится на уровне, определенном в районе впадения реки Макензи в море Бофорта (до 2314 кл/мл) (Waleron, 2007) и в Гренландском море, на воды которого оказывает влияние теплое Атлантическое течение (до 5470 кл/мл) (Gradinger and Lenz 1989, 1995). В связи с этим интересно отметить, что существенное влияние на гидроло-95 гический режим Кольского залива оказывают впадение в него крупных рек Кола и
Средние значения численности и биомассы пикоцианобактерий (табл. 11) возрастали в направлении от наиболее опресненной станции 1 к более мористой станции 3, что косвенно указывает на преобладание морских форм цианобактерий в планктоне Кольского залива. Объем клеток пикоцианобактерий также имел, хо тя и менее выраженную, тенденцию к увеличению этого параметра в направлении к открытому морю.
В течение года пикоцианобактерии были представлены кокковидными клетками с размерами от 0,8 до 1,3 мкм в диаметре с яркой желто-оранжевой автофлуоресценцией. В зимний период, характеризующийся как зимняя стадия покоя биоценозов Кольского залива (Кольский залив …, 2009), размеры клеток циа-нобактерий уменьшились до 0,5 – 0,7 мкм и снизилась яркость их свечения в отраженном ультрафиолетовом свете, что могло быть вызвано суровыми климатическими условиями полярной зимы (полярная ночь и низкие температуры воды).
В сезонной динамике количественных характеристик пикоцианобактерий (рис. 20) Кольского залива в период конца зимы – начала весны, когда в заливе отмечается интенсивное развитие криофлоры (Макаревич, 2008), наблюдалось снижение численности пикоцианобактерий. Наименьшие значения численности пикоцианобактерий были зарегистрированы в феврале на станциях южного колена, и в марте на станции в среднем колене залива. В этот период также отмечено уменьшение объемов клеток пикоцианобак-терий до минимальных (0,09 – 0,15 мкм3). Это повлекло снижение значений биомассы до минимальных в январе на станциях южного колена и в марте на станции в среднем колене.
Несмотря на оптимальный световой режим и повышение температуры воды на станциях в весенний сезон, приведшие к массовому развитию фитопланктона залива (Макаревич, 2008), количественные параметры пикопланктонных циано-бактерий оставались на уровне зимнего развития: на станции 1 – численность пи-коцианобактерий была равна 149±0,09 кл/мл, биомасса 0,085±0,05 мг/м3; на станции 2, соответственно, – 411±0,093 кл/мл и 0,136±0,03 мг/м3 и на станции 3 – 115±0,028 кл/мл и 0,081±0,02 мг/м3. При этом объемы клеток в среднем немного увеличились к концу весны и составили от 0,33 мкм3 на станции 2 до 0,70 мкм3 на станции 3.
Общая численность и биомасса пикоцианобактерий планктона Кольского залива
Кольский залив Баренцева моря – это крупная эстуарная экосистема, функционирующая в условиях полярного климата и испытывающая большую антропогенную нагрузку. Литораль Кольского залива является высокопродуктивной зоной, где активно протекают процессы превращения веществ, в которых непосредственное участие принимают автотрофные и гетеротрофные бактериальные сообщества, в том числе обитающие в эпилитоне. Круглогодичные исследования, проведенные на литорали залива, позволили определить не только численность автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов прибрежных бактериоценозов, но также выявить ряд закономерностей в их сезонной динамике и пространственном распределении, а также в видовом разнообразии цианобактерий перифитона.
По гидролого-гидрохимическим параметрам станций залива, которые в разной степени подвержены антропогенному влиянию, выявлено, что условия среды обитания прибрежных бактериоценозов на станциях различаются. Степень опреснения баренцевоморских водных масс, а также концентрации биогенных элементов и органических веществ в водах станций увеличивались от мористых участков к куту залива, обусловливая пространственную изменчивость бактериальных сообществ.
Разработанная оригинальная методика отбора проб эпилитона позволила наиболее точно учитывать количества гетеротрофных бактерий и цианобактерий в биопленках. В результате проведенных микробиологических исследований с использованием данной методики впервые получены количественные показатели бактериоценозов эпилитона литорали Кольского залива. Установлена высокая численность гетеротрофных бактерий планктона и эпилитона, а также цианобак-терий эпилитона в загрязненных и мелководных участках залива с мелкодисперсными грунтами на литорали. Низкие значения численности бактерий, обнаруженные в планктоне кута, могли быть результатом разбавления вод залива чистыми реками в районах их впадения, а в эпилитоне мористой части залива – воздействием метаболитов прибрежного фитоценоза.
Сравнительный анализ прибрежных сообществ бактерий и цианобактерий по станциям показал существенное отличие бактериоценозов станции в среднем колене от станций в загрязненном южном колене залива. На мористой станции уровень содержания биогенных элементов и их сезонный ход соответствуют таковым для Баренцева моря, а величины микробиологических показателей оказались наиболее низкими, и в их сезонной динамике отмечено по одному пику численности в планктоне и эпилитоне.
В прибрежных водах Кольского залива впервые обнаружено постоянное присутствие планктонных пикоцианобактерий, численность и биомасса которых превышает, в среднем в десятки-сотни раз, таковые в открытых водах полярных морей, в том числе в Баренцевом море. Кроме того, впервые в морском эстуарии в водах с разной степенью солености исследована сезонная динамика пикоциано-планктона.
Влиянием баренцевоморских водных масс на бактериоценозы прибрежья Кольского залива можно объяснить увеличение численности пикоцианопланктона по направлению к выходу в открытое море, преобладание в эпилитоне мористой станции представителей цианобактерий с крупными клетками, а также доминирование морских видов в таксономическом спектре цианобактерий перифитона литорали залива.
Изучение корреляционных связей между микробиологическими и гидролого-гидрохимическими параметрами показало, что наиболее значимыми абиотическими факторами являются температура воды, концентрации азот- и фосфорсодержащих элементов, а также легкодоступное аллохтонное или автохтонное ОВ. Для биотических факторов необходимо отметить значимое взаимное влияние численности бактерий и цианобактерий в фотогетеротрофных биопленках. Таким образом, литоральные микробиоценозы находятся в тесной связи с факторами окружающей среды и подвержены сезонной изменчивости сходного типа.
Наименьшие значения количественных параметров как планктонных, так и эпилитонных бактерий и цианобактерий, были зарегистрированы в наиболее холодные зимние месяцы, а для осени было характерно снижение численности клток, по-видимому, вследствие выедания бактерий простейшими. Также отмечено, что увеличение численности как планктонных, так и эпилитонных бактерий и цианобактерий, происходило в наиболее благоприятный для их развития весенне-летний период, когда повышается температура воды и увеличивается поступление ОВ от первичных продуцентов. Впервые для эпилитонных бактериоценозов Кольского залива выявлено, что в летний период происходит перестройка размерной структуры цианобактерий эпилитона, а также уменьшение численности бактерий эпилитона с последующим увеличением численности бактериопланкто-на, что может свидетельствовать о миграции бактерий.
Почти половина (33 вида) из числа всех выявленных видов (всего 68) циа-нобактерий перифитона Кольского залива впервые отмечены для Баренцева моря. Оказалось, что доминирующие виды цианобактерий перифитона залива являются типичными представителями фитоценозов морской литорали и широко распространены на побережье полярных морей. Большинство видов цианобактерий пе-рифитона литорали Кольского залива принадлежит обрастателям неживых субстратов и эпифитам, но при этом достаточно высок вклад планктонных форм, приносимых впадающими в залив реками и приливно-отливными течениями. Сообщество перифитонных цианобактерий можно охарактеризовать как морское с достаточно высоким вкладом пресноводного компонента, обусловленное смешением баренцевоморских водных масс и пресного стока рек. Можно предположить, что биологическое разнообразие цианобактерий залива формируется за счет миграционных процессов, а также благодаря особенностям метаболизма и высокой адаптационной способности этих фототрофов к изменчивым условиям обитания на станциях (смешение морских и пресных водных масс, приливно-отливные течения, разнообразие доступных для колонизации субстратов, высокий уровень антропогенной нагрузки, обледение в зимний период).
Гидрохимическая, микробиологическая и сапробиологическая оценки степени загрязненности вод станций южного колена совпали и показали, что их воды являются -мезосапробными (воды умеренно загрязненные, III класс качества). Качество вод станции среднего колена по гидрохимическим показателям оценено как олигосапробное (воды чистые, II класс качества), в то время как микробиолгические показатели и уровень сапробности, указали на большую трофность вод станции 3 – воды -мезосапробные (умеренно загрязненные, III класс качества).
Таким образом, проведенные исследования позволили не только проследить пространственно-временную динамику, сезонные изменения структуры и взаимосвязь между планктонными и эпилитонными сообществами бактерий и цианобак-терий литоральной зоны Кольского залива Баренцева моря, но и существенно дополнить имеющиеся сведения о прибрежных бактериоценозах полярных морей.
Полученные научные результаты могут быть использованы при проведении экологических мониторинга и контроля, инженерно-экологических изысканий, а также в дальнейших научных исследованиях бактериоперифитона и в образовательных целях.